最佳实践系列(十):PHP 统一资源处理 API —— 流(Stream)的概述与使用详解

在现代 PHP 特性中,或许是最出色但使用率最低的。虽然 PHP 4.3 就引入了流,但是很多开发者并不知道流的存在,因为人们很少提及流,而且流的文档也很匮乏。PHP 官方文档对流的解释如下:

流的作用是提供统一的公共函数来处理文件、网络和数据压缩等操作。简单而言,流是具有流式行为的资源对象,也就是说,流可以线性读写,并且可以通过 fseek() 之类的函数定位到流中的任何位置。

可能看完这段解释后还是云里雾里,我们简化一下,流的作用是在出发地和目的地之间传输数据。出发地和目的地可以是文件、命令行进程、网络连接、ZIP 或 TAR 压缩文件、临时内存、标准输入或输出,或者是通过 PHP 流封装协议实现的任何其他资源。

如果你读写过文件,就用过流;如果你从 php://stdin 读取过数据,或者把输入写入 php://stdout,也用过流。流为 PHP 的很多 IO 函数提供了底层实现,如 file_get_contentsfopnfreadfwrite 等。PHP 的流函数提供了不同资源的统一接口。

我们可以把流比作管道,把水(资源数据)从一个地方引到另一个地方。在水从出发地到目的地的过程中,我们可以过滤水,可以改变水质,可以添加水,也可以排出水。

流封装协议

流式数据的种类各异,每种类型需要独特的协议,以便读写数据,我们称这些协议为流封装协议。例如,我们可以读写文件系统,可以通过 HTTP、HTTPS 或 SSH 与远程 Web 服务器通信,还可以打开并读写 ZIP、RAR 或 PHAR 压缩文件。这些通信方式都包含下述相同的过程:

  • 开始通信
  • 读取数据
  • 写入数据
  • 结束通信

虽然过程是一样的,但是读写文件系统中文件的方式与收发 HTTP 消息的方式有所不同,流封装协议的作用是使用通用的接口封装这种差异。

每个流都有一个协议和一个目标。指定协议和目标的方法是使用流标识符:<scheme>://<target>,其中 <scheme> 是流的封装协议,<target> 是流的数据源。

http://流封装协议

下面使用 HTTP 流封装协议创建了一个与 Flicker API 通信的 PHP 流:

<?php
$json = file_get_contents(
    'http://api.flickr.com/services/feeds/photos_public.gne?format=json'
);

不要以为这是普通的网页 URL,file_get_contents() 函数的字符串参数其实是一个流标识符。http 协议会让 PHP 使用 HTTP 流封装协议,在这个参数中,http 之后是流的目标。

注:很多 PHP 开发者可能并不知道普通的 URL 其实是 PHP 流封装协议标识符的伪装。

file://流封装协议

我们通常使用 file_get_contents()fopen()fwrite()fclose() 等函数读写文件系统,因为 PHP 默认使用的流封装协议是 file://,所以我们很少认为这些函数使用的是 PHP 流。下面的示例演示了使用 file:// 流封装协议创建一个读写 /etc/hosts 文件的流:

$handle = fopen('file:///etc/hosts', 'rb');
while (feof($handle) !== TRUE) {
    echo fgets($handle);
}
fclose($handle);

我们通常会省略掉 file:// 协议,因为这是 PHP 使用的默认值。

php://流封装协议

编写命令行脚本的 PHP 开发者会感激 php:// 流封装协议,这个流封装协议的作用是与 PHP 脚本的标准输入、标准输出和标准错误文件描述符通信。我们可以使用 PHP 提供的文件系统函数打开、读取或写入下面四个流:

  • php://stdin:这是个只读 PHP 流,其中的数据来自标准输入。PHP 脚本可以使用这个流接收命令行传入脚本的信息;
  • php://stdout:把数据写入当前的输出缓冲区,这个流只能写,无法读或寻址;
  • php://memory:从系统内存中读取数据,或者把数据写入系统内存。缺点是系统内存有限,所有使用 php://temp 更安全;
  • php://temp:和 php://memory 类似,不过,没有可用内存时,PHP 会把数据写入这个临时文件。

其他流封装协议

PHP 和 PHP 扩展还提供了很多其他流封装协议,例如,与 ZIP 和 TAR 压缩文件、FTP 服务器、数据压缩库、Amazon API、Dropbox API 等通信的流封装协议。需要注意的是,PHP 中的 fopen()fgets()fputs()feof() 以及 fclose() 等函数不仅可以用来处理文件系统中的文件,还可以在所有支持这些函数的流封装协议中使用。

注:更多流封装协议,请参考官方网站:http://php.net/manual/zh/wrappers.php

自定义流封装协议

我们还可以自己编写 PHP 流封装协议。PHP 提供了一个示例 StreamWrapper 类,演示如何编写自定义的流封装协议,支持部分或全部 PHP 文件系统函数。关于如何编写,具体请参考以下文档:

流上下文

有些 PHP 流能够接受一系列可选的参数,这些参数叫流上下文,用于定制流的行为。不同的流封装协议使用的流上下文有所不同,流上下文使用 stream_context_create() 函数创建,这个函数返回的上下文对象可以传入大多数文件系统函数。

例如,你知道可以使用 file_get_contents() 发送 HTTP POST 请求吗?使用一个流上下文对象即可实现:

$requestBody = '{"username":"nonfu"}';
$context = stream_context_create([
    'http' => [
        'method' => 'POST',
        'header' => "Content-Type: application/json;charset=utf-8;\r\nContent-Length: " . mb_strlen($requestBody),
        'content' => $requestBody
    ]
]);
$response = file_get_contents('https://my-api.com/users', false, $context);

流上下文是个关联数组,最外层键是流封装协议的名称,流上下文数组中的值针对不同的流封装协议有所不同,可用的设置参考各个 PHP 流封装协议的文档。

过滤器

目前为止我们讨论了如何打开流,读取流中的数据,以及把数据写入流。不过,PHP 流真正强大的地方在于过滤、转换、添加或删除流中传输的数据,例如,我们可以打开一个流处理 Markdown 文件,在把文件内容读入内存的过程中自动将其转化为 HTML。

注:PHP 所有可用流过滤器请参考官方文档:http://php.net/manual/zh/filters.php

若想把过滤器附加到现有的流上,要使用 stream_filter_append() 函数,下面我们以 string.toupper 过滤器演示如何把文件中的内容转换成大写字母:

$handle = fopen('test.txt', 'rb');
stream_filter_append($handle, 'string.toupper');
while (feof($handle) !== true) {
    echo fgets($handle);
}
fclose($handle);

运行该脚本,输出的都是大写字母:

ABCDEEFGHIJKLMN
HELLO LARAVELACADEMY!

我们还可以使用 php://filter 流封装协议把过滤器附加到流上,不过,使用这种方式之前必须先打开 PHP 流:

$handle = fopen('php://filter/read=string.toupper/resource=test.txt', 'rb');
while (feof($handle) !== true) {
    echo fgets($handle);
}
fclose($handle);

这个方式实现效果和 stream_filter_append() 函数一样,但是相比之下更为繁琐。不过,PHP 的某些文件系统函数在调用后无法附加过滤器,例如 file()fpassthru(),使用这些函数时只能使用 php://filter 流封装协议附加流过滤器。

自定义流过滤器

我们还可以编写自定义的流过滤器。其实,大多数情况下都要使用自定义的流过滤器,自定义的流过滤器是个 PHP 类,继承内置的 php_user_filter 类(http://php.net/manual/zh/class.php-user-filter.php),且必须实现 filter()onCreate()onClose() 方法,最后,必须使用 stream_filter_register() 函数注册自定义的流过滤器。

注:PHP 流会把数据分成按次序排列的桶,一个桶中盛放的流数据是固定的(如 4096 字节),如果还用管道比喻,就是把水放在一个个水桶中,顺着管道从出发地漂流到目的地,在漂流过程中会经过过滤器,过滤器一次可以接收并处理一个或多个桶,一定时间内过滤器接收到的桶叫做桶队列。桶队列中的每个桶对象都有两个公共属性:datadatalen,分别表示桶的内容和长度。

下面我们自定义一个流过滤器 DirtyWordsFilter,把流数据读入内存时审查其中的脏字:

<?php
class DirtyWordsFilter extends php_user_filter
{
    /**
     * @param resource $in 流入的桶队列
     * @param resource $out 流出的桶队列
     * @param int $consumed 处理的字节数
     * @param bool $closing 是否是流中最后一个桶队列
     * @return int
     * 接收、处理再转运桶中的流数据,在该方法中,我们迭代桶队列对象,把脏字替换成审查后的值
     */
    public function filter($in, $out, &$consumed, $closing)
    {
        $words = ['grime', 'dirt', 'grease'];
        $wordData = [];
        foreach ($words as $word) {
            $replacement = array_fill(0, mb_strlen($word), '*');
            $wordData[$word] = implode('', $replacement);
        }
        $bad = array_keys($wordData);
        $good = array_values($wordData);

        // 迭代桶队列中的每个桶
        while ($bucket = stream_bucket_make_writeable($in)) {
            // 审查桶对象中的脏字
            $bucket->data = str_replace($bad, $good, $bucket->data);
            // 增加已处理的数据量
            $consumed += $bucket->datalen;
            // 把桶放入流向下游的队列中
            stream_bucket_append($out, $bucket);
        }

        return PSFS_PASS_ON;
    }
}

然后,我们必须使用 stream_filter_register() 函数注册这个自定义的 DirtyWordsFilter 流过滤器:

stream_filter_register('dirty_words_filter', 'DirtyWordsFilter');

第一个参数用于标识这个自定义过滤器的过滤器名,第二个参数是这个自定义过滤器的类名。接下来就可以使用这个自定义的流过滤器了:

$handle = fopen('test.txt', 'rb');
stream_filter_append($handle, 'dirty_words_filter');
while (feof($handle) !== true) {
    echo fgets($handle);
}
fclose($handle);

修改 test.txt 内容如下:

abcdeefghijklmn
Hello LaravelAcademy!
grime
I hate dirty things!

运行上面的自定义过滤器脚本,结果如下:

abcdeefghijklmn
Hello LaravelAcademy!
*****
I hate ****y things!

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资深PHP工程师,Laravel学院院长

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